第三章集成门电路与触发器习题解答

3.1 根据所采用的半导体器件不同，集成电路可 分为哪两大类？各自的主要优缺点是什么 ?
答: 根据所采用的半导体器件不同，集成电路可分 为双极型（如TTL）和单极型（如CMOS）两大类。
双极型集成电路的主要特点是速度快、负载能力强， 但功耗较大、集成度较低；双极型集成电路的主要 特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低、 但速度较慢。
3.10 试画出实现如下功能的CMOS电路图。 （1） F A B C （2） F A B （3）F AB CD
解：（1）用图T3.10(1)所示的三输入端的CMOS与非门 电路实现 F A B C 的逻辑功能。 （2）用图T3.10(2)所示或非门和非门实现 F A B A B 的逻辑功能。 （3）用图T3.10(3)所示的两级与非门和一级非门实现
3.3 晶体二极管的开关速度主要取决于什么？
答: 二极管从正向导通到反向截止有一个反向恢复
过程，实质上是由于电荷存储效应所引起的，反向
恢复时间 t re t s t（t t s称为存储时间，tt 称为渡越 时间）就是存储电荷消失所需要的时间。从反向截
止到正向导通所需的时间（称为开通时间）与
t
相
(D Q)Q D Q Q
JK触发器的次态方程
Q (n1) J Q KQ
J Q J KQ KQ J Q (J K J Q KQ QQ)Q J Q (J Q)(K Q)Q (JQ KQ)Q JQ KQ Q
比较T和D、JK触发器的次态方程可得
T DQ T J Q KQ
3.2 简述晶体二极管的静态特性？
答：晶体二极管的静态特性是指二极管在导通和 截止两种稳定状态下的特性。当正向电压 UF小于 门槛电压 UTH 时，管子处于截止状态；当 UF UTH 时，管子处于正向导通状态；二极管在反向电压 UR作用下处于截止状态，当 UR UBR（反向击穿电 压）时，管子被击穿。
开关速度低。
3.6 TTL与非门有哪些主要性能参数？
答：TTL与非门的主要外部特性参数有输出逻辑电
平（ VOH，VOL）、开门电平（ VON ）、关门电平
（
VOFF）、扇入系数（
N
i
）、扇出系数（N
）、平
o
均传输时延（ t pd ）和空载功耗（ P ）等。
3.7 OC门和TS门的结构与一般TTL与非门有何不同？ 各有何主要应用？
据此可画出用T触发器和逻辑门构成D触发器、JK 触发器的电路图如图T3.16（a）、（b）所示。
3.14 已知输入信号A和B的波形如图3.54（a）所示， 试画出图3.54（b）、（c）中两个触发器Q端的输出波 形，设触发器初态为0。
解：D触发器的次态
Q n1 1
D
A
B
T触发器的次态
Q n1 2
T
Q2
AB Q2
Q2
Q2
(AB 0) (AB 1)
D触发器 Q1 端和T触发器 Q2 的输出波形如图3.54（d） 所示。
3.15 设图3.55（a）所示电路的初始状态、输入信 号及CP端的波形如图3.55（b）所示，试画出 Q1 , Q2 的波形图。
解：由图3.55（a）所示电路知：
J1 K1 1
,
Qn1 1
J1 Q1
K 1Q1
Q1
Q2 1时 , Q1复位
J2
Q1
,
K2
1
.
Qn1 2
J 2 Q2
，对它们进行测 试的结果如下：
（1）甲的开门电平为1.4V，乙的开门电平为1.5V；
（2）甲的关门电平为1.0V，乙的关门电平为0.9V。 试问在输入相同高电平时，哪个抗干扰能力强？在输 入相同低电平时，哪个抗干扰能力强？
解：（1）对TTL与非门而言，开门电平 VON 越小， 在输入高电平时的抗干扰能力越强。本题中，在输 入相同高电平时，甲的抗干扰能力强。 （2）对TTL与非门而言，关门电平 VOFF 越大，在输 入低电平时的抗干扰能力越强。本题中，在输入相 同低电平时，甲的抗干扰能力强。
开通时间
t on t（d t r称t为d 延迟时间， 称为t r上升时间）
就是建立基区电荷的时间；关闭时间
t off t（s t称f 为t s 存
储时间， 称为t f 下降时间）就是存储电荷消散的时间。
ton和 t off的大小反映了三极管由截止到饱和与从饱和到截止的
开关速度，它们是影响电路工作速度的主要因数。
re
比很短，一般可以忽略不计。因此，晶体二极管的
开关速度主要取决于 t re 。
3.4 数字电路中，晶体三极管一般工作在什么状态？
答: 数字电路中，晶体三极管一般工作在开关（饱 和、截止）状态。
3.5 晶体三极管的开关速度取决于哪些因数？为什
么MOS管的开关速度比晶体三极管慢 ?
答:晶体三极管饱和与截止两种状态的相互转换需要一定时间，
F AB CD 的逻辑功能。
3.11 试指出下列五种逻辑门中那几种的输出可以 并联使用。 （1）TTL集电极开路门； （2）具有推拉式输出的TTL与非门； （3）TTL三态输出门； （4）普通的CMOS门； （5）CMOS三态输出门。 解：TTL集电极开路门，三态输出门及CMOS三态输 出门的输出可以并联使用。
Q1Q2
Q1 , Q2的波形图如图3.55（c）所示。
3.16 试用T触发器和门电路分别构成D触发器和J-K触 发器。 解1：用表格法求解 先填写新触发器的次态真值表，再由 Q和 Qn1 得到原 触发器的输入。原触发器的输入是新触发器的输入及 现态的函数。 （1）T→ D 新触发器D的次态真值表和原 触发器T的输入如表T3.16a所 示。
答: OC门把一般TTL与非门电路的推拉式输出级改为 三极管集电极开路输出。TS门是在一般TTL与非门的 基础上，附加使能控制端和控制电路构成。 OC门可实现电平转换和直接驱动发光二极管、干簧 继电器等，多个OC门的输出端可以直接连接实现线 与。TS门主要用于总线传送。多个TS门的输出端可 以直接连接，分时传送数据。
MOS管内部电荷“建立”和“消散”的时间很短，其动态特性主要 取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间。由于MOS
管导通时的漏源电阻 比晶rD体S 三极管的饱和电阻 要r大CE得S
多，漏极外接电阻 也比R晶D 体管集电极电阻 大，R所C 以， MOS管的充、放电时间较长，使MOS管的开关速度比晶体管的
3.13 在图3.53（a）所示的D触发器电路中，若输
入端D的波形如图3.53（b）所示，试画出输出端Q的
波形（设触发器初态为0）。
解：D触发器的次态方程为
Q (n1)
Q
D
（CP 0 时） （CP 1 时）
根据该方程及图3.53（b）所给的信号波形，可画出
输出端Q的波形如图3.53（c）所示。
3.12 用与非门组成的基本R-S触发器和用或非门组 成的基本R-S触发器在逻辑功能上有什么不同？
解：基本R-S触发器的功能表、状态方程和约束方程 如下：
Qn1 S RQ （次态方程） Qn1 S RQ （次态方程）
R S 1
（约束方程）
R S 0
（约束方程）
（a）用与非门组成的基本R-S （b）用或非门组成的基本R-S
解2：采用次态方程联立法 用T触发器和门电路分别构成D触发器和J-K触发器， 要求确定的函数关系分别是：
T f（D，Q） T f（J，K，Q）
T触发器的次态方程 Q（n1） T Q TQ D触发器的次态方程
Q (n1) D D(Q Q)
DQ DQQ DQ DQQ （DQ DQ）Q （DQ D Q）Q
T f (D,Q) DQ DQ D Q
用T触发器和门电路构成的D触发器见图T3.16（a）
（2）T→JK 新触发器J-K的次态真值表和原触发器T的输入如表 T3.16b所示，要求确定的函数关系是 T f (J, K,Q) ， 经卡诺图化简得
T m（3，4，6，7）JQ KQ
用 T触发器和门电路构成的 J-K触发器见图T3.16（b）。
3.9 图3.52（a）所示为三态门组成的总线换向开 关电路，其中，A、B为信号输入端，分别送两个频 率不同的信号；EN为换向控制端，控制电平波形如 图3.52（b）所示。试画出 Y1 , Y2 的波形。
解：EN=0时，
Y1 A ,
Y2 B ;
EN=1时，
Y1 B ,
Y2 A ;
波形如图3.52（c）所示。